汽轮机工作原理第二节 级的概念
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汽轮机原理 第一章
而大多数情况下复速级都是部分 进汽的，故其反动度不宜过大， 否则，由于反动度的增大会使动 叶通道内的漏汽损失增大，导致 级效率降低。
目前常见的复速级内总的反动度 值约在5%～15%之间。
图1-23 带反动度的复速级的热力过程线
复速级的轮周功：复速级的轮周功等于两列动叶 上产生的机械功之和。
Wu Wu Wu u c1 cos1 c2 cos2 c1cos1 c2cos2
➢ β 的大小与喷嘴的进口状态（ 、 p0* v0* ）、压力比εn和蒸汽的 绝热指数κ有关。
Gn Gnc
k
2
1
2
k n
k 1
nk
k 1
2 k 1 k 1
1
0.546 n 1
n 0.546
三、蒸汽在喷嘴斜切部分中的膨胀
汽轮机弯曲型渐缩叶栅通道，在喉部后形成斜切出口通道，将此称为 斜切部分。它的存在极大地改变了叶栅通道的流动特性。
极限膨胀压力比 1d
k
1d
p1d p0
2 k1
k 1
sin 1
2k k1
汽流偏转角
sin 1 1
sin
1
ccr c1t
cr 1t
图1-13 蒸汽在喷嘴斜切部分的膨胀
第三节 蒸汽在动叶中的流动
圆周速度： u dmn
60
相对速度：W1、W2
绝对速度：C1、C2
➢ 进口速度三角形 ➢ 出口速度三角形
➢ 叶栅流道：喷嘴叶栅和动叶栅的安
装角s和s、喷嘴叶栅和动叶栅的 叶型进口几何角0g和0g、喷嘴叶 栅和动叶栅的叶型出口几何角1g和 1g、喷嘴出口汽流角1和动叶出口 汽流角2等
喷嘴叶栅和动叶栅的几何参数
喷嘴叶栅结构尺寸：
目前常见的复速级内总的反动度 值约在5%～15%之间。
图1-23 带反动度的复速级的热力过程线
复速级的轮周功：复速级的轮周功等于两列动叶 上产生的机械功之和。
Wu Wu Wu u c1 cos1 c2 cos2 c1cos1 c2cos2
➢ β 的大小与喷嘴的进口状态（ 、 p0* v0* ）、压力比εn和蒸汽的 绝热指数κ有关。
Gn Gnc
k
2
1
2
k n
k 1
nk
k 1
2 k 1 k 1
1
0.546 n 1
n 0.546
三、蒸汽在喷嘴斜切部分中的膨胀
汽轮机弯曲型渐缩叶栅通道，在喉部后形成斜切出口通道，将此称为 斜切部分。它的存在极大地改变了叶栅通道的流动特性。
极限膨胀压力比 1d
k
1d
p1d p0
2 k1
k 1
sin 1
2k k1
汽流偏转角
sin 1 1
sin
1
ccr c1t
cr 1t
图1-13 蒸汽在喷嘴斜切部分的膨胀
第三节 蒸汽在动叶中的流动
圆周速度： u dmn
60
相对速度：W1、W2
绝对速度：C1、C2
➢ 进口速度三角形 ➢ 出口速度三角形
➢ 叶栅流道：喷嘴叶栅和动叶栅的安
装角s和s、喷嘴叶栅和动叶栅的 叶型进口几何角0g和0g、喷嘴叶 栅和动叶栅的叶型出口几何角1g和 1g、喷嘴出口汽流角1和动叶出口 汽流角2等
喷嘴叶栅和动叶栅的几何参数
喷嘴叶栅结构尺寸：
第一章 第二节 汽轮机级的工作原理
pcr 2k * * ccr p0 v0 [1 * p k 1 0
2 pcr p ( ) k 1
* 0 k k 1
k 1 k
喉部
]
Байду номын сангаас
p0 c0
p1 p1c c1c
ccr
2k * * p 0 v0 k＋1
ccr只与蒸汽滞止初 参数有关，而与流 动过程中有无损失 及损失的大小无关。 11
2
第二节 蒸汽在级内的流动过程
基本控制方程
1、连续方程 在稳定流动的情况下，每单位时间流过流管任 一截面的蒸汽流量不变，用公式表示为 G＝Ac 1 A1c1 2 A2c2 常数
G－单位时间的蒸汽质量流量，kg/s A－汽道内任一横截面面积，m2 c－垂直于截面A的蒸汽速度，m/s ρ－截面A上蒸汽的密度，kg/m3
Gcr 0.647An
cdc
5
第二节 蒸汽在级内的流动过程
能量方程
对于稳定绝热流动，汽流进入系统的能量必须等于离 开系统的能量。若在流动系统中忽略摩擦力做功和势能等 因素，则系统的能量方程式可以写为，
2 c0 c12 h0 q h1 W 2 2
c0 、 式中: h0 、h1－蒸汽进入和流出系统的焓值，J/kg； c1－蒸 汽进入和流出系统时的速度 ,m/s ； q－1kg 蒸汽通过系统时， 对外界所吸收的热量，J/kg；W－1kg蒸汽通过系统时对外界 所作的机械功 ，J/kg。
绝热q＝0
蒸汽在流经喷管时不做功w=0
1.喷管出口汽体的理想速度
2 c0 c12t h0 h1t 2 2
2 c0 c12 h0 h1 2 2
第一章汽轮机级的工作原理.
大； ⑶ 反动度Ω沿动叶高度是不相同的
➢ 对于较短的直叶片级，用平均反动度Ωm表示，可 不计反动度沿动叶高度的变化；
➢ 对于长叶片级，在计算不同截面时，必须用相应 截面的反动度。
五、 级的类型和特点：轴流式
⒈ 冲动级和反动级：按蒸汽在动叶通道中的膨胀程度（及反 动度）大小划分。 ⑴ 纯冲动级：Ωm＝0 特点：
式中：q—每kg质量蒸汽流过系统时从外界吸收 的热量，J/kg；绝热时为零。 w—每kg质量蒸汽流过系统时对外界做出的 机械功，J/kg。
③ 状态或过程方程
状态方程：蒸汽在某一截面上的各种状态参数之 间的关系由状态方程式来确定，对于理想气体： pv=RT
式中：p —气体的绝对压力，Pa； v —气体的比容，m3/kg； T —热力学温度，K； R —通用气体常数， R =461.5J/kg·K。
一般情况下：
1 1117 冲动级：2 1 (2~4)
2 20~30
(a) 动静叶栅汽道示意图 (b)顶点靠拢的速度三角形
⑶ 速度三角形（w1、c2 ）的计算
w1 c12 u 2 2c1u cos 1
1
arcsin
c1 sin 1
w1
arc tg
c1 sin 1 c1 cos 1 u
c2 w22 u 2 2w2u cos 2
三、 级的工作过程
火电厂的能量转换过程
⒈ 蒸汽在级内的流动过程：图1.1.1所示 ⑴ 在喷嘴(nozzle)中：降压增速，热力势能转变为汽流的
动能; ⑵ 在动叶(blade)中：动能转变为机械能（冲动级和反动
级有别）。
➢ 对于冲动式汽轮机，当蒸汽通过喷嘴 和动叶后，其压力、速度的变化趋势如 右图。
双列级：能承担较大的理想焓降，一般在195250kJ/kg之间。效率较低。宜用于带尖峰负 荷的机组上。
➢ 对于较短的直叶片级，用平均反动度Ωm表示，可 不计反动度沿动叶高度的变化；
➢ 对于长叶片级，在计算不同截面时，必须用相应 截面的反动度。
五、 级的类型和特点：轴流式
⒈ 冲动级和反动级：按蒸汽在动叶通道中的膨胀程度（及反 动度）大小划分。 ⑴ 纯冲动级：Ωm＝0 特点：
式中：q—每kg质量蒸汽流过系统时从外界吸收 的热量，J/kg；绝热时为零。 w—每kg质量蒸汽流过系统时对外界做出的 机械功，J/kg。
③ 状态或过程方程
状态方程：蒸汽在某一截面上的各种状态参数之 间的关系由状态方程式来确定，对于理想气体： pv=RT
式中：p —气体的绝对压力，Pa； v —气体的比容，m3/kg； T —热力学温度，K； R —通用气体常数， R =461.5J/kg·K。
一般情况下：
1 1117 冲动级：2 1 (2~4)
2 20~30
(a) 动静叶栅汽道示意图 (b)顶点靠拢的速度三角形
⑶ 速度三角形（w1、c2 ）的计算
w1 c12 u 2 2c1u cos 1
1
arcsin
c1 sin 1
w1
arc tg
c1 sin 1 c1 cos 1 u
c2 w22 u 2 2w2u cos 2
三、 级的工作过程
火电厂的能量转换过程
⒈ 蒸汽在级内的流动过程：图1.1.1所示 ⑴ 在喷嘴(nozzle)中：降压增速，热力势能转变为汽流的
动能; ⑵ 在动叶(blade)中：动能转变为机械能（冲动级和反动
级有别）。
➢ 对于冲动式汽轮机，当蒸汽通过喷嘴 和动叶后，其压力、速度的变化趋势如 右图。
双列级：能承担较大的理想焓降，一般在195250kJ/kg之间。效率较低。宜用于带尖峰负 荷的机组上。
汽轮机级的工作原理.
汽轮机级的工作原理近代大功率汽轮机都是由若干个级构成的多级汽轮机。
由于级的工作过程在一定程度上反映了整个汽轮机的工作过程，所以对汽轮机工作原理的讨论一般总是从汽轮机"级"开始的，这特有助于理解和掌握全机的内在规律性。
"级"是汽轮机中最基本的工作单元。
在结构上它是由静叶栅(喷嘴栅)和对应的动叶栅所组成。
从能量观点上看，它是将工质(蒸汽)的能量转变为汽轮机机械能的一个能量转换过程。
工质的热能在喷嘴栅中(也可以有部分在动叶栅中)首先转变为工质的动能，然后在动叶栅中再使这部分动能转变为机械能。
工质的热能之所以能转变为汽轮机的机械能，是由工质在汽轮机喷嘴栅和动叶栅中的热力过程所形成，因此，研究级的热力过程，也就是研究工质在喷嘴栅和动叶栅中的流动特点和做功原理，以及产生某些损失的原因，并从数量上引出它们相互之间的转换关系，这是本章的主要内容。
第一节蒸汽在级内的流动一、基本假设和基本方程式(一)基本假设为了讨论问题的方便，除把蒸汽当作理想气体处理外，还假设：(1)蒸汽在级内的流动是稳定流动，即蒸汽的所有参数在流动过程中与时间尤关。
实际上，绝对的稳定流动是没有的，蒸汽流过一个级时，由于有动叶在喷嘴栅后转过，蒸汽参数总有一些波动。
当汽轮机稳定工作时，由于蒸汽参数波动不大，可以相对地认为是稳定流动。
(2)蒸汽在级内的流动是一元流动，即级内蒸汽的任一参数只是沿一个坐标(流程)方向变化，而在垂直截面上没有任何变化。
显然，这和实际情况也是不相符的，但当级内通道弯曲变化不激烈，即曲率牛径较大时，可以认为是一元流动。
(3)蒸汽在级内的流动是绝热流动，即蒸汽流动的过程中与外界无热交换。
由于蒸汽流经一个级的时间很短暂，可近似认为正确。
考虑到即使用更复杂的理论来研究蒸汽在级内的流动，其结论与汽轮机真实的工作情况也不完全相符，而且推算也甚为麻烦，因此，上述的假设在用一些实验系数加以修正后，在工程实践中也证明是可行的。
汽轮机的工作原理
静叶栅：静叶按一定的距离和一定的角度排列形成 静叶栅。
喷管：静叶栅固定不动，构成的蒸汽通道称为喷管。
动画演示：汽流冲动演示C:\Documents and Settings\Administrator\桌面\汽流冲动演示\ 汽流冲动演示.flv
1. 级 内 能 量 转 换 过 程 ：
具有一定压力、温度的蒸 汽通过汽轮机的级时，首 先在静叶栅通道中得到膨 胀加速，将蒸汽的热能转 化为高速汽流的动能，然 后进入动叶通道，在其中 改变方向或者既改变方向 同时又膨胀加速，推动叶 轮旋转，将高速汽流的动 能转变为旋转机械能。
2.冲动作用原理
蒸汽在喷嘴中膨胀，压力降低，速度增加， 热能转变成动能，高速气流流经叶片时， 产生对叶片的冲动力，推动叶轮旋转做功。
在汽轮机中从喷管中流出的高速汽流冲击 在汽轮机的动叶上，受到动叶的阻碍，而 改变了其速度的大小和方向，同时汽流给 动叶施加了一个冲动力。
蒸汽质量越大，速度变化越大，则冲动力 就越大。
• 1）纯冲动级
• 通常把反动度m等于零的级称为纯冲动级。
纯冲动级的特点：
对于纯冲动级来说，W1=W2，P1=P2,Δht* =Δhn* 、Δhb = 0 、 m = 0；
动叶叶型几乎对称弯曲；
蒸汽在动叶栅中不膨胀只改变流动方向；
动叶进出口压力p相等，相对速度w也相等； 纯冲动级做功能力大，但效率低。
汽轮机级的工作原理
第一节 概述
• 1.概念：级是汽轮 机中最基本的做功 单元
• 2.组成：级由静叶 栅（喷管）和动叶 栅组成
一、冲动作用原理和反动作用原理
图1-1单级汽轮机结构图（立体图，结构图）
动叶栅：动叶按一定的距离和角度安装在叶轮上形 成动叶栅，并构成许多相同的蒸汽通道。
喷管：静叶栅固定不动，构成的蒸汽通道称为喷管。
动画演示：汽流冲动演示C:\Documents and Settings\Administrator\桌面\汽流冲动演示\ 汽流冲动演示.flv
1. 级 内 能 量 转 换 过 程 ：
具有一定压力、温度的蒸 汽通过汽轮机的级时，首 先在静叶栅通道中得到膨 胀加速，将蒸汽的热能转 化为高速汽流的动能，然 后进入动叶通道，在其中 改变方向或者既改变方向 同时又膨胀加速，推动叶 轮旋转，将高速汽流的动 能转变为旋转机械能。
2.冲动作用原理
蒸汽在喷嘴中膨胀，压力降低，速度增加， 热能转变成动能，高速气流流经叶片时， 产生对叶片的冲动力，推动叶轮旋转做功。
在汽轮机中从喷管中流出的高速汽流冲击 在汽轮机的动叶上，受到动叶的阻碍，而 改变了其速度的大小和方向，同时汽流给 动叶施加了一个冲动力。
蒸汽质量越大，速度变化越大，则冲动力 就越大。
• 1）纯冲动级
• 通常把反动度m等于零的级称为纯冲动级。
纯冲动级的特点：
对于纯冲动级来说，W1=W2，P1=P2,Δht* =Δhn* 、Δhb = 0 、 m = 0；
动叶叶型几乎对称弯曲；
蒸汽在动叶栅中不膨胀只改变流动方向；
动叶进出口压力p相等，相对速度w也相等； 纯冲动级做功能力大，但效率低。
汽轮机级的工作原理
第一节 概述
• 1.概念：级是汽轮 机中最基本的做功 单元
• 2.组成：级由静叶 栅（喷管）和动叶 栅组成
一、冲动作用原理和反动作用原理
图1-1单级汽轮机结构图（立体图，结构图）
动叶栅：动叶按一定的距离和角度安装在叶轮上形 成动叶栅，并构成许多相同的蒸汽通道。
《汽轮机》二、级
喷管
Fu
Fi
Fz
叶轮转动方向
动叶
（二）蒸汽的反动作用原理(reaction) C0
蒸汽在收缩形的动叶通道内流动时产生冲动 力，同时在动叶流道内继续膨胀加速产生一个 与气流流动方向相反的反动力，推动叶片旋转
作功பைடு நூலகம்
Fr
Fu Fz
Fi
喷管
叶轮转动方向
动叶
（三）特点分析
结构特点（ impulse）
Fi
动叶进出口面积相等
叶轮 轴
动叶：蒸汽动能
转子机械能 喷管
根据汽轮机内级个数的不同可将汽轮机分为： 单级汽轮机：只有一个级的汽轮机。 多级汽轮机：有多个级的汽轮机。
二、级的基本工作原理
（一）蒸汽的冲动作用原理（
impulse）
C0
由喷管喷出的高速气流冲 击动叶，给动叶一个冲动 力，动叶受到冲击后带着 叶轮旋转作功的原理。
能量转换特点
动
叶
中
压
力
c1
不
变
c2
p1
p2
结构特点（ reaction）
Fr
Fi 动叶流通面积逐渐变小
能量转换特点
动
叶
中
压
力
c1
下
降
c2
p1
p2
总结
分析冲动原理和反动原理的特点
区别
冲动作用
膨胀特点
喷管膨胀
动叶不膨胀
改变方向
反动作用 喷管膨胀 动叶膨胀 改变方向
作用力 结构特点
冲动力
冲动力
反动力
动叶进出口面积相等 动叶流道收缩
三、级的结构
单列级：一列喷管，一列动叶
汽轮机级的工作原理及过程等_图文
45
2. 轴向推力的平衡
平衡的方法除了在叶轮轮面上开平衡孔外 ，主要采用下列两种方法：
1．平衡活塞法； 2．相反流动布置法。
47
第四节 汽轮机本体
汽轮机本体包括静止和转动两大部分。 静止部分：汽缸、喷嘴、隔板、汽封、轴承和滑销
系统等；
转动部分：主轴、叶轮和叶片等组成的转子。 通流部分：汽轮机本体中作功汽流的通道称为汽轮
57
汽缸
58
59
汽轮机下缸及转子图
60
内缸的支撑
62
（三）滑销系统
设置原因：
汽轮机动、静部分直径留有一很小的间隙，一旦 此间隙消失，就会造成动静部分摩擦，汽轮机部 件受热膨胀时，会在各个方向产生变形，可能因 此导致动、静间隙消失。
汽轮机本体设置有系列滑销，以引导汽缸的膨胀
63
某300 MW汽轮机的滑销系统
调节级：中、小容量汽轮机的调节级喷嘴调节 汽轮机的第一级称为调节级，一般采用复速级 。大容量汽轮机多采用单列冲动级。
还把汽轮机的级分为速度级和压力级两种。
17
第二节 汽轮机的基本作功原理
近代大功率汽轮机都是由若干个级构成的多级 汽轮机，由于级的工作过程在一定程度上反映 了整个汽轮机的工作过程，所以对汽轮机工作 原理的讨论一般总是从汽轮机“级”开始的，有 助于理解和掌握全机的内在规律性。
汽轮机级的工作原理及过程等_图文.ppt
第一节 汽轮机概述
汽轮机以蒸汽为工质，将热能转 变为机械能，为发电机发电提供 机械能。
火力发电厂三大主要设备之一， 单机功率大、效率高、运行平稳 、使用寿命长
2
一、汽轮机的工作原理
“级”是汽轮机中最基本的工 2叶轮 作单元。在结构上它是由静
2. 轴向推力的平衡
平衡的方法除了在叶轮轮面上开平衡孔外 ，主要采用下列两种方法：
1．平衡活塞法； 2．相反流动布置法。
47
第四节 汽轮机本体
汽轮机本体包括静止和转动两大部分。 静止部分：汽缸、喷嘴、隔板、汽封、轴承和滑销
系统等；
转动部分：主轴、叶轮和叶片等组成的转子。 通流部分：汽轮机本体中作功汽流的通道称为汽轮
57
汽缸
58
59
汽轮机下缸及转子图
60
内缸的支撑
62
（三）滑销系统
设置原因：
汽轮机动、静部分直径留有一很小的间隙，一旦 此间隙消失，就会造成动静部分摩擦，汽轮机部 件受热膨胀时，会在各个方向产生变形，可能因 此导致动、静间隙消失。
汽轮机本体设置有系列滑销，以引导汽缸的膨胀
63
某300 MW汽轮机的滑销系统
调节级：中、小容量汽轮机的调节级喷嘴调节 汽轮机的第一级称为调节级，一般采用复速级 。大容量汽轮机多采用单列冲动级。
还把汽轮机的级分为速度级和压力级两种。
17
第二节 汽轮机的基本作功原理
近代大功率汽轮机都是由若干个级构成的多级 汽轮机，由于级的工作过程在一定程度上反映 了整个汽轮机的工作过程，所以对汽轮机工作 原理的讨论一般总是从汽轮机“级”开始的，有 助于理解和掌握全机的内在规律性。
汽轮机级的工作原理及过程等_图文.ppt
第一节 汽轮机概述
汽轮机以蒸汽为工质，将热能转 变为机械能，为发电机发电提供 机械能。
火力发电厂三大主要设备之一， 单机功率大、效率高、运行平稳 、使用寿命长
2
一、汽轮机的工作原理
“级”是汽轮机中最基本的工 2叶轮 作单元。在结构上它是由静
汽轮机原理第三章汽轮机级的工作原理
图1-4渐缩喷嘴的β曲线(k=1.3)
图1-5带有斜切部分的渐缩喷嘴
图中AB是渐缩喷嘴的出口截面，即喉部截面。 ABC是斜切部分，喷嘴中心线与动叶运动方向 成α1角。当喷嘴进汽压力为p0，且作不超临界 膨胀时，汽流将在出口截面AB上达到喷嘴出 口处压力p1，这时在斜切部分汽流不发生膨胀； 但是在超临界的情况下，即εnεnc时，AB截面上 的压力只能达到临界值，p1=p1c。当喷嘴出口 压力pl小于临界压力p1c时，汽流在斜切部份将 发生膨胀。 汽流在喷嘴斜切部份发生膨胀时，除了使汽流 速度增加而大于音速外，汽流的方向也将发生 偏转，不再以α1角流出，而是以(α1+δ1)的角
第三章 汽轮机级的工作原理
近代大功率汽轮机都是由若干个级构成的多级 汽轮机。由于级的工作过程在一定程度上反映 了整个汽轮机的工作过程，所以对汽轮机工作 原理的讨论一般总是从汽轮机"级"开始的，这 特有助于理解和掌握全机的内在规律性。 "级"是汽轮机中最基本的工作单元。在结构上它 是由静叶栅(喷嘴栅)和对应的动叶栅所组成。 从能量观点上看，它是将工质(蒸汽)的能量转 变为汽轮机机械能的一个能量转换过程。
式中h0、h1---蒸汽进入和流出叶栅的焓值，J/kg； c0、c1---蒸汽进入和流出叶栅的速度，m/s； 其微分形式为 cdc+vdp=0 (1-6) 对于在理想条件下的流动，没有流动损失，与 外界没有热交换，也就是说在比等熵条件下， 在叶栅出口处的流动速度为理想速度c1t，则
(1-7) 二、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程
v－气体比容，m3／kg； T－热力学温度，K； R－气体常数，对于蒸汽，R=461.5J／(kg· K)。 当蒸汽进行等熵膨胀时，膨胀过程可用下列方 程式表示 pvk=常数 (1-2) 其微分形式为 (1-2a) 式中：k为绝热指数。对于过热蒸汽，k=1.3； 对于湿蒸汽，k=1.035+0.1x，其中x是膨胀过程 初态的蒸汽干度。
第一章 汽轮机级的工作原理
同理可得， 蒸汽对该级动叶的轴向作用力:
Fz G(c1 sin 1 c2 sin 2* ) Az ( p1 p2 )
式中 k--等熵指数。对于过热蒸汽k=1.3；对干饱和蒸汽k=1.135; 对湿蒸汽k=1.035+0.1x，x表示膨胀过程初态蒸汽干度 R--气体常数。R=R/=8410/[J/(kg∙K)] R为通用气体常数=8410J/(kmol∙K)，为气体分子量。 对水蒸汽=18.016，R=461.26[J/(kg∙K)]。 理想气体的焓
2 c0 c12 h0 q h1 L 2 2
5. 气动方程式
研究气体的流动经常用到临界概念，因此必 须首先给出音速表达式。音速实际上就是压力波 的传播速度。
音速a表达式：
将等熵过程微分方程式
dp d k 0 p
代入上式得
a k
p
kpv kRT
对理想气体,k =cp/cv 只是温度的函 数,故音速也只是温度的函数
n An k (
2 ) k 1
k 1 k 1
p v
* 0 * 0
2 k ( n n k ) k 1 k 1 2 k 1 ( ) k 1
2
k 1
f (k , n ) [k 一定时] f ( n )
* * Gn (Gn )cr 0.648 An p0 v0
一. 汽轮机作功的基本概念: 汽轮机是利用蒸汽的热能来作功的旋转机械。
( m1-1汽轮机的基本工作原理)
二. 级的定义
喷嘴叶栅和与其配合的 动叶栅构成了汽轮机作功的基 本单元，这个作功单元便称为 汽轮机的级。
m1-1汽轮机的基本工作原理 m1-2喷嘴与叶片
Fz G(c1 sin 1 c2 sin 2* ) Az ( p1 p2 )
式中 k--等熵指数。对于过热蒸汽k=1.3；对干饱和蒸汽k=1.135; 对湿蒸汽k=1.035+0.1x，x表示膨胀过程初态蒸汽干度 R--气体常数。R=R/=8410/[J/(kg∙K)] R为通用气体常数=8410J/(kmol∙K)，为气体分子量。 对水蒸汽=18.016，R=461.26[J/(kg∙K)]。 理想气体的焓
2 c0 c12 h0 q h1 L 2 2
5. 气动方程式
研究气体的流动经常用到临界概念，因此必 须首先给出音速表达式。音速实际上就是压力波 的传播速度。
音速a表达式：
将等熵过程微分方程式
dp d k 0 p
代入上式得
a k
p
kpv kRT
对理想气体,k =cp/cv 只是温度的函 数,故音速也只是温度的函数
n An k (
2 ) k 1
k 1 k 1
p v
* 0 * 0
2 k ( n n k ) k 1 k 1 2 k 1 ( ) k 1
2
k 1
f (k , n ) [k 一定时] f ( n )
* * Gn (Gn )cr 0.648 An p0 v0
一. 汽轮机作功的基本概念: 汽轮机是利用蒸汽的热能来作功的旋转机械。
( m1-1汽轮机的基本工作原理)
二. 级的定义
喷嘴叶栅和与其配合的 动叶栅构成了汽轮机作功的基 本单元，这个作功单元便称为 汽轮机的级。
m1-1汽轮机的基本工作原理 m1-2喷嘴与叶片
汽轮机原理(第一章)
3.彭台门系数
当喷嘴进出口压力比ε n=p1／p0﹡处于某个数值时，
其相应的流量G与同一初状态下的临界流量Gcr之比值称为
流量比，用β表示，也称为彭台门系数，即
G An
k2k1p0*0*(nk2
k1
nk )
Gcr
An k(k21)kk 11p0*0*
k21(nk2
量损失，因此，蒸汽在动叶通 道中实际的膨胀过程是按熵增 曲线进行的。与喷嘴相似，此 时动叶栅出口汽流的理想相对 速度为
图１－１5蒸汽在动叶栅中的热力过程
w 2 t2 (h 1 h 2 t) w 1 22 h b w 1 22 h b
２. 动叶出口汽流实际速度
w2 w2t
上式对有损失的流动和无损失的流动 均适用。
4.状态方程
（1）理想气体状态方程
p RT
式中
p－气体绝对压力； ρ －气体密度； R－通用气体常数，R=461.76J/（kg.K)； T－ 热力学温标。
（2）蒸汽等熵膨胀过程方程
p 常数
k
式中 k－等熵指数，对于蒸汽而言：过热 蒸汽 k =1.3； 湿蒸汽 k=1.035+0.1x ( x为膨胀过程初态的蒸汽干度）。
Ma=c1t／a=1，这一条件称为临界条件。临界条件下
的所有参数均称为临界参数。
.
（２）临界压力比。
cr
pcr p0
2k
(
)k1
k1
对过热蒸汽 k ， 1.3,cr 0.54;6
对干饱和蒸k汽 1， .13,5cr 0.577.
（二）喷嘴流量的计算
1.喷嘴理想流量
Gt Anc1t1t
级的工作原理
• 1.冲动级和反动级 冲动级和反动级 • 冲动级又分为纯冲动级，带反动度的冲动 冲动级又分为纯冲动级， 级 • 2.压力级和速度级 压力级和速度级 • 3.调节级和非调节级 调节级和非调节级
1.冲动级和反动级
• 按蒸汽在动叶通道内的膨胀程度不同，即反动度 按蒸汽在 反动级。 大小不同分为冲动级和反动级。 • （1）冲动级： ）冲动级： • 冲动级又分为纯冲动级，带反动度的冲动级。 冲动级又分为纯冲动级 带反动度的冲动级。 纯冲动级， • 当汽流通过动叶通道时，由于受到动叶通道形状 当汽流通过动叶通道时， 的限制而弯曲被迫改变方向，因而产生离心力， 的限制而弯曲被迫改变方向，因而产生离心力， 离心力作用于叶片上，被称为冲动力。 离心力作用于叶片上，被称为冲动力。这时蒸汽 在汽轮机的级所作的机械功等于蒸汽微团流进、 在汽轮机的级所作的机械功等于蒸汽微团流进、 流出动叶通道时其动能的变化量。 流出动叶通道时其动能的变化量。而这种级称为 冲动级。 冲动级。
5.动叶受到的合力 动叶受到的合力 • 一般情况下，蒸汽在动叶通道中流动时， 一般情况下，蒸汽在动叶通道中流动时， 一方面给动叶栅一个冲动力 的作用， 冲动力Fi的作用 一方面给动叶栅一个冲动力 的作用， 另一方面，在蒸汽动叶栅中继续膨胀， 另一方面，在蒸汽动叶栅中继续膨胀， 给动叶栅一个反动力 的作用， 反动力Fr的作用 给动叶栅一个反动力 的作用，这两个 力的方向都不与轮周方向一致。 力的方向都不与轮周方向一致。两个力 的合力F作用在动叶栅上 作用在动叶栅上， 的合力 作用在动叶栅上，其在轮周方向 上的分力Fu使动叶栅旋转而产生机械功 上的分力 使动叶栅旋转而产生机械功。
• 动画演示：汽流冲动演示 动画演示：
3.级内能量转换过程： 级内能量转换过程：
1.冲动级和反动级
• 按蒸汽在动叶通道内的膨胀程度不同，即反动度 按蒸汽在 反动级。 大小不同分为冲动级和反动级。 • （1）冲动级： ）冲动级： • 冲动级又分为纯冲动级，带反动度的冲动级。 冲动级又分为纯冲动级 带反动度的冲动级。 纯冲动级， • 当汽流通过动叶通道时，由于受到动叶通道形状 当汽流通过动叶通道时， 的限制而弯曲被迫改变方向，因而产生离心力， 的限制而弯曲被迫改变方向，因而产生离心力， 离心力作用于叶片上，被称为冲动力。 离心力作用于叶片上，被称为冲动力。这时蒸汽 在汽轮机的级所作的机械功等于蒸汽微团流进、 在汽轮机的级所作的机械功等于蒸汽微团流进、 流出动叶通道时其动能的变化量。 流出动叶通道时其动能的变化量。而这种级称为 冲动级。 冲动级。
5.动叶受到的合力 动叶受到的合力 • 一般情况下，蒸汽在动叶通道中流动时， 一般情况下，蒸汽在动叶通道中流动时， 一方面给动叶栅一个冲动力 的作用， 冲动力Fi的作用 一方面给动叶栅一个冲动力 的作用， 另一方面，在蒸汽动叶栅中继续膨胀， 另一方面，在蒸汽动叶栅中继续膨胀， 给动叶栅一个反动力 的作用， 反动力Fr的作用 给动叶栅一个反动力 的作用，这两个 力的方向都不与轮周方向一致。 力的方向都不与轮周方向一致。两个力 的合力F作用在动叶栅上 作用在动叶栅上， 的合力 作用在动叶栅上，其在轮周方向 上的分力Fu使动叶栅旋转而产生机械功 上的分力 使动叶栅旋转而产生机械功。
• 动画演示：汽流冲动演示 动画演示：
3.级内能量转换过程： 级内能量转换过程：
汽轮机部分复习
（1）叶型不同： 1）冲动式汽轮机的动、静叶型不同：静叶栅的折角小，动 叶栅的折角大；动叶片出、入口侧的横截面较匀称，气流通道 从入口到出口其面积基本不变。 2）反动式汽轮机的动、静叶型相似；动叶片出、入口侧的 横截面不对称，叶型入口较肥大，而出口侧较薄，蒸汽流道从 入口到出口呈渐缩状。
冲动式
反动式
用围带、拉金连在一起的数个叶 片
用围带、拉金将全部叶片连结在 一起
不用围带、拉金连结的叶片
（2）叶轮
隔板又分成焊接隔板和铸造隔板两种，前者特点是强度和 刚度较高，但造价也较高，后者特点与此相反。
（3）、汽缸
汽缸是汽轮机的外壳。其作用是将
进入汽轮机的蒸汽与大气隔开，形成蒸 汽能量转换的封闭汽室；汽缸内部安装 着隔板和隔板套、汽封等部件，外部与 进汽、排汽及抽汽等管道相连接，因此 还起着支承定位的作用。 应保证汽缸有足够的强度和刚度、 通流部分有较好的流动性能、各部分受 热时能自由膨胀且中心不变、形状简单 对称，还应尽量减小热应力。
0
1
2
转子的旋转机械能
喷嘴 动叶 (c0 , p0 , t0 ) (c1 (w1 ), p1 , t1 ) (c2 (w2 ), p2 , t2 )
0
1
2
特征截面或计算截面：喷嘴前：0-0；喷嘴 后（动叶前） ：1-1；动叶后：2-2。 注意：参数下角标与截面号相同。
1.按工作原理分：
四、蒸汽在动叶栅内的流动和能量转换 2、动叶栅速度三角形
（2）动叶栅出口速度三角形
蒸汽在动叶栅内的流动时，动叶栅相对静止。在绝热条
件下，蒸汽在动叶栅内降压膨胀时，比焓的减少量可转换为 以相对速度表示的动能，即
ω2：动叶栅出口蒸汽的相对速度
冲动式
反动式
用围带、拉金连在一起的数个叶 片
用围带、拉金将全部叶片连结在 一起
不用围带、拉金连结的叶片
（2）叶轮
隔板又分成焊接隔板和铸造隔板两种，前者特点是强度和 刚度较高，但造价也较高，后者特点与此相反。
（3）、汽缸
汽缸是汽轮机的外壳。其作用是将
进入汽轮机的蒸汽与大气隔开，形成蒸 汽能量转换的封闭汽室；汽缸内部安装 着隔板和隔板套、汽封等部件，外部与 进汽、排汽及抽汽等管道相连接，因此 还起着支承定位的作用。 应保证汽缸有足够的强度和刚度、 通流部分有较好的流动性能、各部分受 热时能自由膨胀且中心不变、形状简单 对称，还应尽量减小热应力。
0
1
2
转子的旋转机械能
喷嘴 动叶 (c0 , p0 , t0 ) (c1 (w1 ), p1 , t1 ) (c2 (w2 ), p2 , t2 )
0
1
2
特征截面或计算截面：喷嘴前：0-0；喷嘴 后（动叶前） ：1-1；动叶后：2-2。 注意：参数下角标与截面号相同。
1.按工作原理分：
四、蒸汽在动叶栅内的流动和能量转换 2、动叶栅速度三角形
（2）动叶栅出口速度三角形
蒸汽在动叶栅内的流动时，动叶栅相对静止。在绝热条
件下，蒸汽在动叶栅内降压膨胀时，比焓的减少量可转换为 以相对速度表示的动能，即
ω2：动叶栅出口蒸汽的相对速度
第一章 汽轮机级的工作原理
1d n cr
p0
如图所示， AB为渐缩 喷嘴的出口截面，即吼口 截面，ABC 即为斜切部分。 当喷嘴出口压力p1大于临 界压力p1c时，蒸汽在斜切 部分不发生膨胀。
pt αt ct 图1-13 喷管斜切部分
(1) n cr ,当喷管出口截面上的压力比大于或等于临界 压力比时，喷管喉部截面AB上的流速小于或等于声速， 这时蒸汽仅在喷管的收缩部分中膨胀， 而在其斜切部分 中不膨胀，喷管斜切部分只起导向作用，汽流方向与轮 周方向的夹角称为喷管的出汽角 1
h ∆hn
2 h1t 1
p1 h1
图1-7蒸汽在喷嘴中的热力过程
s
2、几何条件
dA dc 2 ( M 1) A c
(1)当喷管内汽流为亚声速流动时（M<1），dA<0，这 种喷管成为渐缩喷管； (2)当喷管内汽流为超声速流动时（M>1），dA>0，这 种喷管成为渐扩喷管； (3)当喷管内汽流速度等于当地声速时（M=1），dA=0， 喷管的截面为最小值，这个截面为临界截面（喉部截 面） (4)欲使汽流在喷管中自亚声速增加至超声速，则截面 应由渐缩变为渐扩，这种喷管成为缩放喷管或拉伐尔 喷管。
p1 ——喷管后压力与喷管前滞止压力之比， n * p0
p ( v
0 0 0
0
2 k n
k 1 k n
)
p p 2 A p A ) G A K( K 1 v p
ntc n 0 0 n 0 0 n 0 0
K 1 K 1
0
式中
n ——喷管的流量系数
v1t 1 n 1t v1
图1-11喷管和动叶的流量系数
p0
如图所示， AB为渐缩 喷嘴的出口截面，即吼口 截面，ABC 即为斜切部分。 当喷嘴出口压力p1大于临 界压力p1c时，蒸汽在斜切 部分不发生膨胀。
pt αt ct 图1-13 喷管斜切部分
(1) n cr ,当喷管出口截面上的压力比大于或等于临界 压力比时，喷管喉部截面AB上的流速小于或等于声速， 这时蒸汽仅在喷管的收缩部分中膨胀， 而在其斜切部分 中不膨胀，喷管斜切部分只起导向作用，汽流方向与轮 周方向的夹角称为喷管的出汽角 1
h ∆hn
2 h1t 1
p1 h1
图1-7蒸汽在喷嘴中的热力过程
s
2、几何条件
dA dc 2 ( M 1) A c
(1)当喷管内汽流为亚声速流动时（M<1），dA<0，这 种喷管成为渐缩喷管； (2)当喷管内汽流为超声速流动时（M>1），dA>0，这 种喷管成为渐扩喷管； (3)当喷管内汽流速度等于当地声速时（M=1），dA=0， 喷管的截面为最小值，这个截面为临界截面（喉部截 面） (4)欲使汽流在喷管中自亚声速增加至超声速，则截面 应由渐缩变为渐扩，这种喷管成为缩放喷管或拉伐尔 喷管。
p1 ——喷管后压力与喷管前滞止压力之比， n * p0
p ( v
0 0 0
0
2 k n
k 1 k n
)
p p 2 A p A ) G A K( K 1 v p
ntc n 0 0 n 0 0 n 0 0
K 1 K 1
0
式中
n ——喷管的流量系数
v1t 1 n 1t v1
图1-11喷管和动叶的流量系数
汽轮机级的工作原理
用△hi表示级的有效焓降，它表示1kg蒸汽所 具有的理想能量中最后在转轴上转变为有效功 的那部分能量。显然，级内损失越大，△hi就 越小。
级的相对内效率：级的有效焓降△hi与级 的理想能量E0之比。
ri
hi E0
级的内功率：由级的有效焓降和蒸汽流
ห้องสมุดไป่ตู้量来确定，即
pi
Dhi 3600
1、冲动作用原理 当一运动物体碰到另外一个运动速度比其
低的物体时，就会受到阻碍而改变其速度，同 时给阻碍它的物体一个作用力，这个作用力被 称为冲动力。冲动力的大小取决于运动物体的 质量以及速度的变化。质量越大，冲动力越大； 速度变化越大，冲动力也越大。受到冲动力作 用的物体改变了速度，该物体就做了机械功。
复速级：由固定的喷管、导叶和安装在同一叶轮上的
两列动叶组成的级称为复速级。
3、调节级和非调节级
（1）调节级：通流面积能随负荷改变的级，如喷管 调节的第一级。
（2）非调节级：通流面积能不随负荷改变的级，可 以全周进汽，也可以部分进汽。
复速级
复速级由喷管、导叶和两列动叶 组成。蒸汽在喷管膨胀后，进入 第一列动叶作功，流出第一列动 叶时速度还相当大。用一列导叶 改变蒸汽流动方向后进入第二列 动叶继续作功。
在动叶内，把蒸汽具有的动能和热能机械功 作用力：
①由静叶出口的高速蒸汽冲击动叶产生冲动力Fi ②动叶内蒸汽继续膨胀，产生一个反动力Fr
三、反动度和级的类型
（一）汽轮机的反动度
蒸汽在动叶通道内膨胀时
的理想焓降hb， 和在整个
级的滞止理想焓降ht* 之比，
即
m
hb ht*
m
hb hn* hb
级的相对内效率：级的有效焓降△hi与级 的理想能量E0之比。
ri
hi E0
级的内功率：由级的有效焓降和蒸汽流
ห้องสมุดไป่ตู้量来确定，即
pi
Dhi 3600
1、冲动作用原理 当一运动物体碰到另外一个运动速度比其
低的物体时，就会受到阻碍而改变其速度，同 时给阻碍它的物体一个作用力，这个作用力被 称为冲动力。冲动力的大小取决于运动物体的 质量以及速度的变化。质量越大，冲动力越大； 速度变化越大，冲动力也越大。受到冲动力作 用的物体改变了速度，该物体就做了机械功。
复速级：由固定的喷管、导叶和安装在同一叶轮上的
两列动叶组成的级称为复速级。
3、调节级和非调节级
（1）调节级：通流面积能随负荷改变的级，如喷管 调节的第一级。
（2）非调节级：通流面积能不随负荷改变的级，可 以全周进汽，也可以部分进汽。
复速级
复速级由喷管、导叶和两列动叶 组成。蒸汽在喷管膨胀后，进入 第一列动叶作功，流出第一列动 叶时速度还相当大。用一列导叶 改变蒸汽流动方向后进入第二列 动叶继续作功。
在动叶内，把蒸汽具有的动能和热能机械功 作用力：
①由静叶出口的高速蒸汽冲击动叶产生冲动力Fi ②动叶内蒸汽继续膨胀，产生一个反动力Fr
三、反动度和级的类型
（一）汽轮机的反动度
蒸汽在动叶通道内膨胀时
的理想焓降hb， 和在整个
级的滞止理想焓降ht* 之比，
即
m
hb ht*
m
hb hn* hb
第一章汽轮机级的工作原理
第一章汽轮机级的工作原理第一章汽轮机级的工作原理第一节概述一、蒸汽的冲动作用原理和反动作用原理在汽轮机中，级是最基本的工作单元，在结构上它是由喷嘴和其后的动叶栅所组成。
蒸汽的热能转变成机械能的能量转变过程就是在级内进行的。
汽轮机从结构上可分为单级汽轮机和多级汽轮机。
只有一个级的汽轮机称单级汽轮机。
有多个级的汽轮机称多级汽轮机。
图1-1是最简单的单级汽轮机主要部分结构图。
动叶按一定的距离和一定的角度安装在叶轮上形成动叶栅，并构成许多相同的蒸汽通道。
动叶栅装在叶轮上，与叶轮以及转轴组成汽轮机的转动部分，称为转子。
静叶按一定的距离和一定的角度排列形成静叶栅，静叶栅固定不动，构成的蒸汽通道称为喷嘴。
具有一定压力和温度的蒸汽先在喷嘴中膨胀，蒸汽压力、温度降低，速度增加，使其热能转换成动能，从喷嘴出来的高速汽流，以一定的方向进入动叶通道，在动叶通道中汽流速度改变，对动叶产生一个作用力，推动转子转动，完成动能到机械能的转换。
图1-1 单级汽轮机结构简图（a）立体图（b）剖面图1-主轴2—叶轮3—动叶4—喷嘴5—汽缸6—排汽口在汽轮机的级中能量的转变是通过冲动作用原理和反动作用原理两种方式实现的。
（一）冲动作用原理由力学可知，当一运动的物体碰到另一个静止的或速度不同的物体时，就会受到阻碍而改变其速度的大小和方向，同时给阻碍它运动的物体一个作用力，这个力称为冲动力。
冲动力的大小取决于运动物体的质量和速度变化，质量越大，冲动力越大；速度变化越大，冲动力越大。
若在冲动力的作用下，阻碍运动的物体速度改变，则运动物体就做出了机械功。
根据能量守恒定律，运动物体动能的变化值就等于其做出的机械功。
利用冲动力做功的原理就是冲动作用原理。
在汽轮机中，从喷嘴中流出的高速汽流冲击在汽轮机的动叶上，受到动叶的阻碍，而改变了其速度的大小和方向，同时汽流给动叶施加了一个冲动力。
图1-2所示为无膨胀的动叶通道，蒸汽以速度w r1进入通道，由于受到动叶的阻碍不断地改变运动方向，最后以速度w r2流出动叶，则蒸汽对动叶施加了一个轮周方向的冲动力i F ，该力对动叶做功使动叶带动转子转动。
2汽轮机级的工作原理20191020
28
2.1 概述
三、级的分类
4、压力及流速变化曲线
29
三、级的分类
4、热力过程线
2.1 概述
30
2.1 概述
四、级的其他分类方法
1、 调节级和非调节级：按级的通流面积是否随负荷大小而变来划分。 ⑴ 调节级：通流面积随负荷变化而改变的级（如喷嘴调节的第一级）。
可通过改变其通流面积来控制进汽量 中小汽轮机用复速级作调节级； 大型汽轮机常用单列冲动级作调节级； 总是做成部分进汽。 ⑵ 非调节级：通流面积不随负荷变化而改变的级。 不通过改变进汽面积控制其进汽量 可以是全周进汽，也可以是部分进汽
3）损失
a. 喷嘴损失 h n b. 动叶损失 h b
在实际研究中常认为
hb=
h
' b
p1, t1
p2
16
一、汽轮机的级 4. 热力过程线
2.1 概 述
2）熵增过程——物理意义：不可逆过程
3）损失
a. 喷嘴损失 b. 动叶损失
hn hb
在实际研究中常认为 hb=
h
' b
p1, t1
GAccAcon.st
v
dAdcd 0 Ac
h0
c02 2
h1c212
W
3）状 态 及 过 程 方 程 式 pv RT pvk cons.t
4）动 量 方 程 式 5）气 动 方 程 式
dpcdc0
p
c
a k kvp Ma
a
36
2.2 蒸汽在级内的流动过程
31
2.1 概述
四、级的其他分类方法
⒉ 压力级和速度级：按蒸汽动能转变为转子机械能的过程来划分
2.1 概述
三、级的分类
4、压力及流速变化曲线
29
三、级的分类
4、热力过程线
2.1 概述
30
2.1 概述
四、级的其他分类方法
1、 调节级和非调节级：按级的通流面积是否随负荷大小而变来划分。 ⑴ 调节级：通流面积随负荷变化而改变的级（如喷嘴调节的第一级）。
可通过改变其通流面积来控制进汽量 中小汽轮机用复速级作调节级； 大型汽轮机常用单列冲动级作调节级； 总是做成部分进汽。 ⑵ 非调节级：通流面积不随负荷变化而改变的级。 不通过改变进汽面积控制其进汽量 可以是全周进汽，也可以是部分进汽
3）损失
a. 喷嘴损失 h n b. 动叶损失 h b
在实际研究中常认为
hb=
h
' b
p1, t1
p2
16
一、汽轮机的级 4. 热力过程线
2.1 概 述
2）熵增过程——物理意义：不可逆过程
3）损失
a. 喷嘴损失 b. 动叶损失
hn hb
在实际研究中常认为 hb=
h
' b
p1, t1
GAccAcon.st
v
dAdcd 0 Ac
h0
c02 2
h1c212
W
3）状 态 及 过 程 方 程 式 pv RT pvk cons.t
4）动 量 方 程 式 5）气 动 方 程 式
dpcdc0
p
c
a k kvp Ma
a
36
2.2 蒸汽在级内的流动过程
31
2.1 概述
四、级的其他分类方法
⒉ 压力级和速度级：按蒸汽动能转变为转子机械能的过程来划分
4.2 汽轮机级的工作原理
4.2 汽轮机级的工作原理一、汽轮机级汽轮机级由喷嘴叶栅和与它配合的动叶栅组成，它是汽轮机做功的基本单元，汽轮机可由单级或若干级串联组合而成。
具有一定温度和压力的蒸汽通过汽轮机级时，首先在喷嘴叶栅中将蒸汽所具有的热能转变成动能，然后在动叶栅中将其动能转变为机械能，完成汽轮机利用蒸汽作功的任务。
4.2 汽轮机级的工作原理一、汽轮机级4.2 汽轮机级的工作原理一、汽轮机级喷嘴叶栅：安装在隔板上并与汽缸相连，在工作中是静止不动的部分，称为静子。
动叶栅：安装在叶轮上并与主轴相连，在工作中是转动的部分，称为转子。
工作特点喷嘴叶栅：汽流膨胀加速，热能转化为动能。
动叶栅：热能转化为动能，动能转化为机械功。
排列特点喷嘴叶栅→动叶栅→喷嘴叶栅→动叶栅→……4.2 汽轮机级的工作原理一、汽轮机级静叶机壳动叶转轴反动式汽轮机(9级)4.2 汽轮机级的工作原理一、汽轮机级4.2 汽轮机级的工作原理一、汽轮机级1、冲动级当汽流在动叶通道内不膨胀加速，而只随汽道改变其流动方向时，汽流改变流动方向对汽道所产生的离心力，称为冲动力。
这时，蒸汽在汽轮机的级所作的机械功等于蒸汽微团流进、流出动叶通道时其动能的变化量。
而这种级称为冲动级。
4.2 汽轮机级的工作原理一、汽轮机级2、反动级当汽流通过动叶通道时，一方面要改变方向，同时还要膨胀加速，前者会对叶片产生一个冲动力，后者会对叶片产生一个反作用力，即反动力。
蒸汽通过这种级，两种力同时作功。
通常称这种级为反动级。
4.2 汽轮机级的工作原理0 01122静叶动叶旋转轴工作轮一、汽轮机级4.2 汽轮机级的工作原理为了说明汽轮机某一级中，蒸汽在动叶汽道内膨胀程度的大小，常用级的反动度表示，它等于蒸汽在动叶汽道内膨胀时所降落的理想焓降和整个级的滞止理想焓降之比。
Ω一、汽轮机级3、反动度b n b t b m h h h h h ΩΔ+ΔΔ≈ΔΔ=∗∗()∗∗=Δt m n h Ωh -1∗Δ=Δt m b h Ωh4.2 汽轮机级的工作原理一、汽轮机级3、反动度动叶栅内的等熵焓降与整个级的滞止等熵焓降之比。
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3.动叶进出口三角形
圆周速度：
u
d b n
60
入口： 1 c1 u 出口： c2 2 u
1 c12 u 2 2uc1 cos 1
1 arcsin
c1 sin 1
1
c sin 1 arctan 1 c1 cos1 u
k 1
过热蒸汽
Gntc 0.6673An
0 p0 0 v0
饱和蒸汽
Gntc 0.6356An
0 p0 0 v0
2.实际流量
An c1 Anc1t v1t Gn Gnt n Gnt v1 v1 v1
喷嘴流量系数＝ 理论上
实际流量 理想流量
v1 v1t , 则 n
一、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程
• （一）喷嘴出口气流速度 • 理想过程
p0 , t 0 , c0 已知，则
2 c0 c12t h h0 h0 hc0 h1t 2 2 0 0
2 0 c1t 2h0 h1t c0 2 h0 h1t 2 0 2hn c0 2hn
An
在蒸汽性质，滞止初参 数和出口面积 n一定的情况下 Gnt f ( n ) A
令
dGnt 0 可求得最大流量时的压力比 d n
n
2 k 1
k k 1
nc
临界压力比
临界流量＝最大流量
Gntc An
0 2 k 1 p 0 k( ) 0 k 1 v0
0 c1 c1t 2hn
A
Gv c1
a kRT
（三）喷嘴中汽流的临界状态
1.临界速度c1c
a kpv kRT
对于任一截面，能量方 h 0 h c12 / 2可以写为 程
c12 k a2 0 0 p0 v0 k 1 k 1 2 k kpv c12 0 0 或 p 0 v0 k 1 k 1 2
理想相对速度
0 w2t 2hb w12 2 m ht0 w12 2hb
实际相对速度
0 w2 w2t 2hb
Ψ——动叶速度系数
反动级
冲动级，值显著低于值
动叶栅中的能量损失为
2 2 2 w2t w2 2 w2t 0 hb 1 1 2 hb 2 2 2
理想气体在等熵膨胀过程中的比焓差为
0 h0 h1t
k k 0 0 R(T00 T1t ) ( p0 v0 p1v1t ) k 1 k 1
所以
c1t
k 1 p1 k 2k 0 0 p0 v0 1 0 p k 1 0
2.汽流通道
冲动级中，汽流膨胀程度小，加速不大 在反动级动叶中， hb 0.5ht ω2稍微小于2ω1
纯冲动级中， h b 0，且 1, 2 1
一般情况动叶道不需要用缩放形
3.流量
Abw2t Anc1t Gb Gn v2 v1 对于冲动级， , w2t c1t , v1 v2
0 p0
三、蒸汽在动叶通道中的流动过程和通流能力 动叶与喷嘴的不同之处是动叶本身以圆周速度u运动
把坐标建立在动叶上，把蒸汽参数以对动叶的相对参数表示
1.汽流速度
设蒸汽在动叶通道内为等比熵流动
2 0 c1t 2h0 h1t c0 2 h0 h1t
2 0 2hn c0 2hn
和多变过程的方程式
Gnt An v1t
pvk 常数
k 1 2k 0 0 p1 k p 0 v0 1 0 p k 1 0 0 2k p 0 0 k 1 v0 k 1 2/k n nk
k 1 2k 0 0 p 0 v 0 1 n k k 1
0 n p1 / p0 ——喷嘴的压力比
当蒸汽初态确定，
c1t f ( n )
实际过程
0 c1 c1t 2hn
喷嘴的速度系数
喷嘴损失
c12t c12 c12t hn 1 2 2 2 2 0 1 2 hn
根据作用力与反作用力的关系，汽流对动叶的作用力Fu为
m Fu Fu （w1cos 1 w2 cos 2）
令G为单位时间内通过动叶 通道的蒸汽量，则
m G
由速度三角形
C1 cos1 w1 cos 1 u C2 cos 2 w2 cos 2 u
2 c0 c12 h0 h1 W 2 2
运动方程
cdc vdp 0
pv RT
3.状态方程
等熵
pvk 常数
0 h0
00
0 p0
h0
hc
0
0
p0 t0
ht0
hn
ht
h1t
hn
hu
h1 1
p1
20
3
h
p2
1 hb h 2 2
2 h2t
hc
hb
2
s
§1-2蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动过程
2 c 2 2 u 2 2u 2 cos 2
2 arcsin
2 sin 2
c2
arctan
2 sin 2 2 cos 2 u
热力膨胀过程
0 与0点的比焓差
0
2 c0 hc0 2
喷嘴的能量损失 hn h1 h1t
动叶的能量损失
( n 1.02)
Gntc 0.6483An
可通用此公式
0 p0 0 v0
3.彭台门系数β
An
k 1 0 2k p 0 2 / k k n 0 n k 1 v0 k 1 2 2/k k n n k 1
Gn G nc
hn (1 m )ht0
0 hn hn hc0 ——喷嘴的滞止理想焓降
三、级的类型和特点
1.纯冲动级
m 0 蒸汽只在喷嘴中喷嘴中膨胀，在动叶栅中只改变流动方向 p1 p2 hb 0 特点
0 hn ht0
2.反动级
m 0.5
3.冲动级
Fu G（w1cos1 w2 cos 2） G(C1 cos1 C2 cos 2 )
（2）轴向的力
C1 sin 1 w1 sin 1 C2 sin 2 w2 sin 2
Fa G(C1 sin 1 C2 sin 2 )
Fp ( p1 p2 ) AZ
v1d c1c a sin 1 1d v1c c1d c1d
sin 1
a1d v1c c1c v1d
v1c p1d p v1d 1c
1 K
1 K nd
1 K nc
a1d c1c
kp1d v1d 2k 0 0 p 0 v0 k 1
1 K nd 1 K nc
An
2 k( ) k 1
k 1 k 1
p v
0 0 0 0
2 ( ) k 1 k 1
k 1
K值确定后
f ( n )
亚临界状态 临界与超临界状态
1
n
Gn Gnc 0.648 An
0 p0 V00
二、蒸汽在喷嘴斜切部分内的膨胀
1.渐缩喷嘴
当背压p1 p1c时，斜切部分不发生膨 胀，只起导向作用
汽轮机级的工作原理
§1.1 概述
通流部分：主汽门、调节汽门、导管、进汽室、各级喷嘴和动叶及排汽管组成 级：由喷嘴叶栅和与之相配的动叶栅构成的工作单元——汽轮机的做功基本单元 一、级的工作过程 1.喷嘴：压力 P0 P1
温度 t0 t1
热能
动能
2.动叶：进入动叶——冲动力 Fi 离开动叶——反动力 Fr
An C1 l n sin( 1 1 )t n C1 Gn v1 v1
Gnc Gn
sin(1 1 )
（2）极限膨胀
v1c1c sin 1 v1c c1 a 1 1d Ma c1d
贝尔公式
sin(1 1d ) sin d sin(1 1d )
当喷嘴在过热区工作时 ， v1 v1t，即 n 0.97 当喷嘴在湿蒸汽区工作 时， 会出现过饱和现象， v1t / v1 1, 即 n , n 1.02
实际临界流量的公式为：
0 p0 0 v0
过热蒸汽
( n 0.97)
Gntc 0.6473An
饱和蒸汽
对于反动级，虽然 ＝, w2t＝c1t , 但v1 v2
Ab An Ab An
Gb Ab
v2 Gb v2t v 2 Gb Ab w2 v 2tw2t v 2t Gb v 2t w2t v2
v 2t v2
v2t Gb b w2t
b
§1-3级的轮周功率和轮周功率
多变过程
pvn 常数
1 n k
给定的喷嘴 n
k k 2 (1 k )
当 2＝1时， n k ; 当 2 1时， n k
（二）喷嘴中蒸汽参数，流速与等比熵等比焓降之间的关系
2 0 c1t 2h0 h1t c0 2 h0 h1t 2 0 2hn c0 2hn
一、蒸汽作用在动叶栅上的力和轮周功率